非路面式橋梁動(dòng)態(tài)稱重理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、由于重載車(chē)輛的大量推出以及超載現(xiàn)象的普遍存在，使得近年來(lái)因車(chē)輛荷載導(dǎo)致的橋梁安全事故屢屢發(fā)生。對(duì)高速車(chē)輛荷載的動(dòng)態(tài)稱重問(wèn)題一直以來(lái)倍受關(guān)注，它在治理車(chē)輛超載，公路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施管養(yǎng)與健康安全評(píng)估等方面都具有非常重要的意義。本文主要針對(duì)一種較新的動(dòng)態(tài)稱重方法:非路面式橋梁動(dòng)態(tài)稱重(B-WIM)進(jìn)行研究，以車(chē)輛過(guò)橋時(shí)產(chǎn)生的橋梁動(dòng)力響應(yīng)為對(duì)象，從影響線測(cè)定、車(chē)軸信息檢測(cè)、車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱重等角度研究B-WIM的基本理論，采用理論、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的

2、方法，研究車(chē)輛荷載的動(dòng)態(tài)稱重問(wèn)題。
　　論文的主要工作及結(jié)論包括:
　　1.從時(shí)變性角度對(duì)車(chē)橋整體系統(tǒng)進(jìn)行劃分，通過(guò)分開(kāi)建模、局部耦合的思路建立了汽車(chē)-橋梁耦合系統(tǒng)模型，編寫(xiě)Matlab計(jì)算程序?qū)⒌钠?chē)-橋梁耦合振動(dòng)方程進(jìn)行迭代求解，并根據(jù)迭代結(jié)果計(jì)算汽車(chē)過(guò)橋時(shí)橋梁動(dòng)應(yīng)變響應(yīng)。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，這樣處理，提高了計(jì)算效率，有利于模擬車(chē)輛各車(chē)軸上橋、出橋的行為。
　　2.提出了非路面式橋梁動(dòng)態(tài)稱重理論與優(yōu)化算法，從橋梁

3、影響線測(cè)定、車(chē)軸信息檢測(cè)和車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱重等角度推導(dǎo)了非路面式B-WIM算法，采用梯度法對(duì)初始B-WIM結(jié)果進(jìn)行多參數(shù)局部?jī)?yōu)化研究，并結(jié)合車(chē)-橋耦合振動(dòng)算例進(jìn)行了驗(yàn)證。研究表明，以橋梁動(dòng)應(yīng)變響應(yīng)為研究對(duì)象，采用影響線擬合的方法對(duì)車(chē)輛荷載進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱重研究，需要的系統(tǒng)參數(shù)少，可行性強(qiáng)，B-WIM系統(tǒng)以現(xiàn)存橋梁為“秤”，增加了敏感單元長(zhǎng)度，對(duì)車(chē)載信息測(cè)試記錄時(shí)間長(zhǎng)，獲取的數(shù)據(jù)信息量大，具有足夠測(cè)試精度，較路面式動(dòng)態(tài)稱重方法優(yōu)勢(shì)明顯。同時(shí)，局部?jī)?yōu)化

4、研究能減小偶然因素產(chǎn)生的誤差，尤其是減小速度識(shí)別誤差所造成的影響，進(jìn)一步提高結(jié)果精度，滿足工程應(yīng)用要求。
　　3.提出了車(chē)軸信息識(shí)別的小波變換方法，結(jié)合小波變換時(shí)頻局部化特性，將小波用于B-WIM中車(chē)軸信息識(shí)別環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)模糊信號(hào)提取特定尺度下小波系數(shù)曲線，凸顯與車(chē)軸對(duì)應(yīng)的峰值點(diǎn)，有效解決聯(lián)軸及短軸距車(chē)輛的車(chē)軸信息識(shí)別問(wèn)題，并用數(shù)值模擬和實(shí)橋試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出的方法。數(shù)值和試驗(yàn)結(jié)果表明，充分利用小波變換時(shí)頻局部化特性，提取特定尺

5、度下小波變換系數(shù)進(jìn)行車(chē)軸信息識(shí)別，減小了干擾信號(hào)的影響，能夠識(shí)別雙聯(lián)軸、三聯(lián)軸等相對(duì)小軸距車(chē)軸信息，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)局部峰值法在平頂峰處連續(xù)判斷等方面的不足，利于擴(kuò)展B-WIM的適用范圍。
　　4.針對(duì)車(chē)輛激振頻率存在不確定性，提出了車(chē)軸信息自動(dòng)識(shí)別算法，旨在解決激振頻率初始值確定和消除橋梁振動(dòng)的干擾兩個(gè)B-WIM中的關(guān)鍵問(wèn)題。通過(guò)自動(dòng)搜索尋找合適的初始激振頻率，再以此迭代計(jì)算得到精確激振頻率值和相應(yīng)尺度系數(shù)，對(duì)該尺度系數(shù)下兩動(dòng)應(yīng)變信號(hào)

6、小波系數(shù)曲線進(jìn)行互相關(guān)分析，取互相關(guān)函數(shù)最大值時(shí)兩曲線狀態(tài)作乘法運(yùn)算，能消除小波系數(shù)曲線中的虛假峰值點(diǎn)，去除有色噪聲的干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)軸信息自動(dòng)識(shí)別。整個(gè)過(guò)程僅需輸入兩不同斷面測(cè)點(diǎn)信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)軸信息的自動(dòng)識(shí)別，不需要人為判斷與取舍。
　　5.研究了B-WIM對(duì)不同類型橋梁的適用性，并分析了橋梁尺寸、測(cè)點(diǎn)位置、測(cè)試噪音等因素對(duì)B-WIM的影響。結(jié)果表明:正交異性板橋、框架橋、T型梁橋、板橋都可較好的用作B-WIM研究，其適用范圍涉